DE102021118764A1 - Stator for an electrical machine, electrical machine, method for manufacturing a stator - Google Patents

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Jörg Schneider
Thomas Hubert
Stefan Schmidt
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator ein Statorblechpaket umfasst, wobei an einer Stirnseite des Statorblechpakets ein Stirnbauteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnbauteil eine elektrische Isolationsbeschichtung aufweist.The invention relates to a stator for an electrical machine, the stator comprising a laminated stator core, an end component being arranged on an end face of the laminated stator core, characterized in that the end component has an electrical insulation coating.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stator für eine elektrische Maschine, wobei der Stator ein Statorblechpaket umfasst, wobei an einer Stirnseite des Statorblechpakets ein Stirnbauteil angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine, umfassend einen derartigen Stator. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Stators.The invention relates to a stator for an electrical machine, the stator comprising a laminated stator core, with an end component being arranged on an end face of the laminated stator core. Furthermore, the invention relates to an electrical machine comprising such a stator. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a stator.

Solche elektrischen Maschinen können beispielsweise als Elektromotoren in teilweise oder vollständig elektrisch betriebenen Fahrzeugen Anwendung finden.Such electrical machines can be used, for example, as electric motors in partially or fully electrically operated vehicles.

Der Stator einer elektrischen Maschine enthält Statorspulen, welche durch Ihre räumliche Anordnung und die an den Spulen anliegenden Spannungen in Überlagerung ein magnetisches Drehfeld erzeugen. Diese Statorspulen können aus unterschiedlichen Halbzeugen und in unterschiedlichen Geometrien hergestellt werden, unter anderem aus Flachdrähten in Form einer Hairpingeometrie.The stator of an electrical machine contains stator coils which, due to their spatial arrangement and the superimposed voltages applied to the coils, generate a rotating magnetic field. These stator coils can be made from different semi-finished products and in different geometries, including flat wires in the form of a hairpin geometry.

Zur Verformung der Hairpins sind dabei Führungsvorrichtungen, wie beispielsweise Führungskämme, bekannt. Die Führungsgeometrie kann über externe Werkzeuge, sogenannte Finger, oder ein an das Statorblechpaket angebrachtes Stirnbauteil bereitgestellt werden. Die Hauptaufgabe eines solchen Stirnbauteils ist dabei typischerweise die Bereitstellung der Führungsgeometrie auf der Stirnseite des Statorblechpakets während des Herstellungsprozesses der Statorwicklung.Guide devices, such as guide combs, are known for deforming the hairpins. The guide geometry can be provided using external tools, so-called fingers, or an end component attached to the stator core. The main task of such an end component is typically the provision of the guide geometry on the end face of the stator core during the manufacturing process of the stator winding.

Aus der DE 102019207889 A1 ist beispielsweise bekannt, dass in einem Biegeprozessschritt eine Biegehilfe bereitgestellt wird, die einen prozesssicheren Biegevorgang der von einer axialen Stator-Stirnseite abragenden Stabenden ermöglicht. Die Biegehilfe der DE 102019207889 A1 ist eine Scheibe mit Durchlassöffnungen, durch die die Stabenden geführt sind.It is known from DE 102019207889 A1, for example, that a bending aid is provided in a bending process step, which enables a process-reliable bending process of the rod ends protruding from an axial stator end face. The bending aid of DE 102019207889 A1 is a disc with passage openings through which the rod ends are guided.

Solche Stirnbauteile werden gemäß dem Stand der Technik typischerweise aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt. Die dabei verwendeten Hochleistungsthermoplaste, beispielsweise Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyetheretherketon (PEEK), weisen jedoch im Allgemeinen eine geringe Kriechstromfestigkeit auf.According to the prior art, such forehead components are typically made of plastic using an injection molding process. However, the high-performance thermoplastics used, such as polyphenylene sulfide (PPS) or polyetheretherketone (PEEK), generally have low tracking resistance.

Ein entscheidender Aspekt bei elektrischen Maschinen und insbesondere deren Statoren ist es, Isolationsprobleme zu vermeiden, um die Fehleranfälligkeit zu verringern, insbesondere auch bei Umgebungseinflüssen, die über die Lebenszeit der elektrischen Maschine auf die Maschine einwirken.A crucial aspect of electrical machines and in particular their stators is to avoid insulation problems in order to reduce the susceptibility to faults, especially in the case of environmental influences that affect the machine over the lifetime of the electrical machine.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, einen Stator für eine elektrische Maschine bereitzustellen, mit welchem die Lebenszeit erhöht und/oder die Fehleranfälligkeit, vorzugsweise kosteneffizient, verbessert werden kann.Against this background, the task arises of providing a stator for an electrical machine with which the service life can be increased and/or the susceptibility to faults can be improved, preferably in a cost-effective manner.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Stator für eine elektrische Maschine vorgeschlagen, wobei der Stator ein Statorblechpaket umfasst, wobei an einer Stirnseite des Statorblechpakets ein Stirnbauteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnbauteil eine elektrische Isolationsbeschichtung aufweist.To achieve the object, a stator for an electrical machine is proposed, the stator comprising a laminated stator core, an end component being arranged on an end face of the laminated stator core, characterized in that the end component has an electrical insulation coating.

Mithilfe der elektrischen Isolationsbeschichtung des Stirnbauteils wird eine Reduzierung der Fehleranfälligkeit und eine Reduzierung oder Verhinderung von Schäden in einem Fehlerfall der Isolation möglich. Besonders vorteilhaft ist es erfindungsgemäß denkbar, dass das Stirnbauteil durch die Verwendung der elektrischen Isolationsbeschichtung selbst ein effizienter Teil des Isolationssystems des Stators ist.With the help of the electrical insulation coating of the end component, it is possible to reduce the susceptibility to faults and to reduce or prevent damage in the event of a fault in the insulation. It is particularly advantageously conceivable according to the invention that the end component itself is an efficient part of the insulation system of the stator due to the use of the electrical insulation coating.

Erfindungsgemäß sind unterschiedliche Isolationssysteme bzw. Isolationsarten für die Statorwicklungen des Stators denkbar. Insbesondere bei Statorwicklungen, welche ohne Nutgrundisolation oder mit einer alternativen Nutgrundisolation, beispielsweise mithilfe von Kunststoffhülsen anstelle typischerweise eingesetztem Nutisolationspapier, aufgebaut sind, kann das erfindungsgemäße Stirnbauteil besonders vorteilhaft als Teil des elektrischen Isolationssystems eingesetzt werden, wobei mithilfe der elektrischen Isolationsbeschichtung eine vorteilhafte Isolation erreicht wird.According to the invention, different insulation systems or types of insulation are conceivable for the stator windings of the stator. In particular in the case of stator windings that are constructed without slot base insulation or with an alternative slot base insulation, for example using plastic sleeves instead of the slot insulation paper that is typically used, the end component according to the invention can be used particularly advantageously as part of the electrical insulation system, with the electrical insulation coating achieving advantageous insulation.

Darüber hinaus ist es denkbar, dass im Fehlerfall von Leiter- und/oder Nutisolation, beispielsweise auch bei einer Ausgestaltung des Isolationssystems mithilfe von Nutisolationspapier, ein Kriechpfad zwischen spannungsführenden Leiteroberflächen und/oder dem Statorblechpaket entstehen kann. Solche Kriechpfade können mithilfe der erfindungsgemäßen elektrischen Isolationsbeschichtung des Stirnbauteils besonders vorteilhaft verhindert werden. Das erfindungsgemäße Stirnbauteil kann durch die vorteilhaften elektrischen Eigenschaften, die mithilfe der Isolationsbeschichtung erzielbar sind, die elektrische Maschine in derartigen Fehlerfällen vor Schädigungen schützen.In addition, it is conceivable that in the event of a fault in the conductor and/or slot insulation, for example also when the insulation system is configured using slot insulation paper, a creepage path can arise between live conductor surfaces and/or the laminated core of the stator. Such creepage paths can be prevented in a particularly advantageous manner with the aid of the electrical insulation coating of the end component according to the invention. The end component according to the invention can protect the electrical machine from damage in such fault cases due to the advantageous electrical properties that can be achieved with the aid of the insulating coating.

Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die mithilfe der Isolationsbeschichtung erreichbare gesteigerte Isolationsfestigkeit der axiale Bauraumbedarf des Wickelkopfs in den beschriebenen Anwendungsfällen reduziert und damit die leistungsdichte der Maschine gesteigert werden kann.Another advantage is that the increased insulation strength that can be achieved with the help of the insulation coating reduces the axial installation space requirement of the winding overhang in the applications described and thus the power density of the machine can be increased.

Unter einer elektrischen Isolationsbeschichtung des Stirnbauteils ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Beschichtung des Stirnbauteils zur Erhöhung der Kriechstromfestigkeit des Stirnbauteils zu verstehen.According to one embodiment of the present invention, an electrical insulation coating of the front component is to be understood in particular as a coating of the front component to increase the tracking resistance of the front component.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.Advantageous configurations of the invention can be found in the dependent claims.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Stirnbauteil einen Grundkörper umfasst, wobei die elektrische Isolationsbeschichtung des Stirnbauteils eine höhere Isolationsfestigkeit und/oder Kriechstromfestigkeit aufweist als der Grundkörper des Stirnbauteils. Die Isolationsbeschichtung ist vorzugsweise auf den Grundkörper aufgebracht, insbesondere vollflächig oder teilflächig.According to an advantageous embodiment, it is provided that the end component comprises a base body, with the electrical insulation coating of the end component having a higher insulation resistance and/or tracking resistance than the base body of the end component. The insulating coating is preferably applied to the base body, in particular over the entire surface or over part of the surface.

Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass die Isolationsbeschichtung aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffzusammensetzung gefertigt ist, wobei der Werkstoff oder die Werkstoffzusammensetzung der Isolationsbeschichtung einen CTI-Wert für die Kriechstromfestigkeit von größer oder gleich 175 aufweist. Die Kriechstromfestigkeit wird mit dem CTI-Wert (Comparative Tracking Index) charakterisiert. Der CTI-Wert sagt dabei insbesondere aus, bis zu welcher ermittelten höchsten Prüfspannung, gemessen in Volt, das Basismaterial kein Tracking zeigt, wenn 50 Tropfen genormter Elektrolytlösungen aufgetropft werden. „Tracking“ bedeutet hierbei insbesondere, dass das Basismaterial unter Spannung leitfähig wird. Gemessen wird auf der abgeätzten Oberfläche, wobei alle 30 Sekunden ein Tropfen zwischen zwei Platin-Elektroden fällt. Ausfallkriterium ist ein Kriechstrom von > 0,5 A. Der CTI-Wert wird insbesondere beispielsweise gemäß der IEC 60112:2020 (Method for the determination of the proof and the comparative tracking indices of solid insulating materials) gemessen.It is possible according to an embodiment of the present invention that the insulating coating is made of a material or a material composition, wherein the material or the material composition of the insulating coating has a CTI value for the tracking resistance of greater than or equal to 175. The tracking resistance is characterized with the CTI value (Comparative Tracking Index). The CTI value states in particular up to which highest test voltage, measured in volts, the base material shows no tracking when 50 drops of standardized electrolyte solutions are dropped. "Tracking" here means in particular that the base material becomes conductive under voltage. Measurements are taken on the etched surface, with a drop falling between two platinum electrodes every 30 seconds. The failure criterion is a leakage current of >0.5 A. The CTI value is measured, for example, in accordance with IEC 60112:2020 (Method for the determination of the proof and the comparative tracking indices of solid insulating materials).

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Werkstoff oder die Werkstoffzusammensetzung der Isolationsbeschichtung einen CTI-Wert „Alpha“ für die Kriechstromfestigkeit von größer oder gleich 175 aufweist, bevorzugt von 400 ≤ Alpha < 600, besonders bevorzugt von 600 ≤ Alpha.According to an advantageous embodiment, it is provided that the material or the material composition of the insulating coating has a CTI value “alpha” for the tracking resistance of greater than or equal to 175, preferably 400≦alpha<600, particularly preferably 600≦alpha.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das Stirnbauteil als Stirnscheibe ausgebildet ist. Die Stirnscheibe ist bevorzugt unmittelbar an der Stirnseite des Statorblechpakets angebracht.According to an advantageous embodiment, it is provided that the end component is designed as an end plate. The end disk is preferably attached directly to the end face of the laminated core of the stator.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass der Grundkörper des Stirnbauteils teilweise oder vollständig aus einem oder mehreren Hochleistungsthermoplasten, insbesondere aus einem oder mehreren glasfaserverstärkten Hochleistungsthermoplasten, gefertigt ist. Der Grundkörper des Stirnbauteils, insbesondere der Stirnscheibe, ist beispielsweise mithilfe von Polyphenylensulfid (PPS) oder Polyetheretherketon (PEEK) gefertigt. Aus fertigungstechnischen Gründen sowie den im Betrieb des Stators vorherrschenden thermischen, chemischen und mechanischen Randbedingungen wird der Grundkörper besonders bevorzugt aus einem oder mehreren glasfaserverstärkten Hochleistungsthermoplasten hergestellt, beispielsweise PPS GF40. Derartige Hochleistungsthermoplaste weisen im Allgemeinen eine geringe Kriechstromfestigkeit auf, insbesondere einen CTI-Wert von weniger als 175. Die vorteilhaften elektrischen Eigenschaften des Stirnbauteils werden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in besonders vorteilhafterweise durch das zusätzliche Aufbringen der elektrischen Isolationsbeschichtung auf den Grundkörper erreicht.According to an advantageous embodiment, it is provided that the base body of the end component is made partially or completely from one or more high-performance thermoplastics, in particular from one or more glass fiber-reinforced high-performance thermoplastics. The base body of the end component, in particular the end disk, is manufactured using polyphenylene sulfide (PPS) or polyether ether ketone (PEEK), for example. For manufacturing reasons and the thermal, chemical and mechanical boundary conditions prevailing during operation of the stator, the base body is particularly preferably made from one or more glass fiber reinforced high-performance thermoplastics, for example PPS GF40. Such high-performance thermoplastics generally have a low tracking resistance, in particular a CTI value of less than 175. According to one embodiment of the present invention, the advantageous electrical properties of the end component are particularly advantageously achieved by the additional application of the electrical insulation coating to the base body.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass mithilfe des Stirnbauteils eine Führungsgeometrie und/oder Führungsvorrichtung für eine Wicklungsverschaltung für Hairpins des Stators ausgebildet ist. Hierdurch kann das Stirnbauteil besonders vorteilhaft für die Wicklungsverschaltung bzw. -ausbildung verwendet werden und gleichzeitig vorteilhafte elektrische Eigenschaften zur Isolation und zum Schutz des Stators aufweisen. Es ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung denkbar, dass die Hairpins - insbesondere nach dem Formen der Hairpins und dem Abisolieren der Schenkelenden - in den Stator gesteckt und aufgeweitet werden. Die Hairpins sind vorzugsweise in einer Axialrichtung des Stators in axiale Nuten des Stators eingebracht. Zur Herstellung der Wicklungsverschaltung werden die Hairpins bevorzugt korbweise gegenläufig kreisförmig gebogen („twisten“), sodass die abisolierten Enden der Pins jeweils paarweise übereinanderstehen. Zum Biegen bzw. Twisten der Pins wird eine Führungsgeometrie auf der Stirnseite des Statorblechpakets verwendet. Diese Führungsgeometrie wird vorzugsweise mithilfe des an der Stirnseite des Statorblechpakets angebrachten Stirnbauteils, insbesondere der Stirnscheibe, bereitgestellt. Das Stirnbauteil wird in besonders vorteilhafter Weise zusätzlich dafür eingesetzt, die Hairpins zu stützen und damit Verletzungen der Hairpins an den stirnseitigen Kanten der Nutöffnungen vorzubeugen.According to an advantageous embodiment, it is provided that a guide geometry and/or guide device for a winding interconnection for hairpins of the stator is formed with the aid of the end component. As a result, the end component can be used particularly advantageously for the winding interconnection or formation and at the same time have advantageous electrical properties for insulating and protecting the stator. According to one embodiment of the present invention, it is conceivable that the hairpins—in particular after the hairpins have been formed and the leg ends have been stripped—are inserted into the stator and widened. The hairpins are preferably introduced into axial slots of the stator in an axial direction of the stator. To produce the winding circuitry, the hairpins are preferably bent in a circle in opposite directions (“twist”) basket by basket, so that the stripped ends of the pins are paired one above the other. A guide geometry on the front side of the laminated core of the stator is used to bend or twist the pins. This guiding geometry is preferably provided with the aid of the end component attached to the end face of the laminated core of the stator, in particular the end disk. The front component is additionally used in a particularly advantageous manner to support the hairpins and thus to prevent damage to the hairpins on the front edges of the slot openings.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass auf einer der Stirnseite gegenüberliegenden weiteren Stirnseite des Statorblechpakets ein weiteres Stirnbauteil angeordnet ist, wobei das weitere Stirnbauteil eine weitere elektrische Isolationsbeschichtung aufweist. Das weitere Stirnbauteil umfasst vorzugsweise einen weiteren Grundkörper. Das weitere Stirnbauteil ist vorzugsweise als Stirnscheibe ausgebildet.According to an advantageous embodiment, it is provided that a further end component is arranged on a further end face of the laminated stator core opposite the end face, the further end component having a further electrical insulation coating. The further end component preferably comprises a further body. The further end component is preferably designed as an end plate.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die weitere Isolationsbeschichtung aus einem weiteren Werkstoff oder einer weiteren Werkstoffzusammensetzung gefertigt ist, wobei der weitere Werkstoff oder die weitere Werkstoffzusammensetzung einen CTI-Wert „Beta“ für die Kriechstromfestigkeit von größer oder gleich 175 aufweist, bevorzugt von 400 ≤ Beta < 600, besonders bevorzugt von 600 ≤ Beta. Insbesondere ist es denkbar, dass die Isolationsbeschichtung des Stirnbauteils und die weitere Isolationsbeschichtung des weiteren Stirnbauteils aus dem gleichen Werkstoff oder der gleichen Werkstoffzusammensetzung gefertigt sind. Es ist besonders bevorzugt möglich, dass das weitere Stirnbauteil die gleichen Funktionen übernimmt wie das Stirnbauteil und/oder dass das weitere Stirnbauteil zumindest im Wesentlichen baugleich zum Stirnbauteil ausgebildet ist.According to an advantageous embodiment, it is provided that the additional insulating coating is made of an additional material or an additional material composition, wherein the additional material or the additional material composition has a CTI value “beta” for the tracking resistance of greater than or equal to 175, preferably of 400 ≤ beta < 600, more preferably 600 ≤ beta. In particular, it is conceivable that the insulating coating of the end component and the further insulating coating of the further end component are made of the same material or the same material composition. It is particularly preferably possible for the further end component to assume the same functions as the end component and/or for the further end component to be designed at least essentially identically to the end component.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Maschine, umfassend einen Stator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.Another subject of the invention is an electrical machine, comprising a stator according to an embodiment of the present invention.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei bei der Herstellung des Stators das Stirnbauteil an einer Stirnseite des Statorblechpakets angeordnet wird, wobei das Stirnbauteil eine elektrische Isolationsbeschichtung aufweist.A further object of the invention is a method for producing a stator according to an embodiment of the present invention, wherein during production of the stator the end component is arranged on an end face of the laminated stator core, the end component having an electrical insulation coating.

Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, insbesondere des Verfahrens, ist es denkbar, dass mithilfe des Stirnbauteils eine Führungsgeometrie und/oder Führungsvorrichtung während einer Ausbildung der Statorwicklung bereitgestellt wird. Es ist ferner möglich, dass das Stirnbauteil zusätzlich oder alternativ dafür eingesetzt wird, die Komponenten der Wicklung zu stützen, um Beschädigungen der Wicklungskomponenten an den stirnseitigen Kanten der Nutöffnungen zu verhindern.According to one configuration of the present invention, in particular of the method, it is conceivable that a guide geometry and/or guide device is provided with the aid of the end component during formation of the stator winding. It is also possible that the end component is additionally or alternatively used to support the components of the winding in order to prevent damage to the winding components at the end edges of the slot openings.

Bei der elektrischen Maschine und dem Verfahren zur Herstellung eines Stators können dieselben Vorteile erreicht werden und dieselben Merkmale Anwendung finden, die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Stator oder einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stators beschrieben worden sind.In the case of the electric machine and the method for producing a stator, the same advantages can be achieved and the same features can be applied that have already been described in connection with the stator according to the invention or an embodiment of the stator according to the invention.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert werden. Hierin zeigt:

  • 1A eine schematische Darstellung eines Flachdrahts mit Schenkeln gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 1B eine schematische Darstellung eines Hairpins gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 eine schematische Darstellung eines Statorblechpakets nach dem Einstecken der Hairpins gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Statorblechpakets nach dem Verschweißen der Hairpins gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 eine schematische Darstellung eines Stators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Further advantages and details of the invention are to be explained below with reference to the exemplary embodiments illustrated in the drawings. Herein shows:
  • 1A 12 is a schematic representation of a flat wire with legs according to an embodiment of the present invention;
  • 1B a schematic representation of a hairpin according to an embodiment of the present invention;
  • 2 a schematic representation of a stator core after the insertion of the hairpins according to an embodiment of the present invention;
  • 3 a schematic representation of a stator core after the welding of the hairpins according to an embodiment of the present invention; and
  • 4 a schematic representation of a stator according to an embodiment of the present invention.

In 1A ist schematisch ein Flachdraht mit zwei Schenkeln 2, 2' dargestellt. Die Schenkel weisen jeweils einen abisolierten Endbereich 3, 3' auf. In 1B ist ein Hairpin 10 dargestellt, der mithilfe eines Flachdrahts ausgebildet wird und in einen Stator einsteckbar ist.In 1A a flat wire with two legs 2, 2' is shown schematically. The legs each have a stripped end region 3, 3'. In 1B A hairpin 10 is shown, which is formed using a flat wire and can be plugged into a stator.

In 2 ist eine schematische Darstellung eines Hairpinstators nach dem Einstecken der Hairpins 10 gezeigt. Die Hairpins 10 wurden hierfür in axiale Nuten des Statorblechpakets 20 des Stators eingebracht. Das Statorblechpaket 20 weist eine Stirnseite 21 und eine der Stirnseite 21 gegenüberliegende weitere Stirnseite 22 auf. In 3 ist eine schematische Darstellung des Hairpinstators der 2 nach dem Schweißen gezeigt.In 2 a schematic representation of a hairpin stator after the insertion of the hairpins 10 is shown. For this purpose, the hairpins 10 were introduced into axial grooves of the laminated core 20 of the stator. The laminated core 20 of the stator has an end face 21 and a further end face 22 opposite the end face 21 . In 3 FIG. 12 is a schematic representation of the hairpin stator of FIG 2 shown after welding.

In 4 ist eine schematische Darstellung eines Stators 1 für eine elektrische Maschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei dem Stator 1 handelt es sich um einen Hairpinstator. Das Statorblechpaket 20 weist auf seiner axialen Stirnseite 21 ein Stirnbauteil 30, insbesondere eine Stirnscheibe, auf. Auf der gegenüberliegenden weiteren Stirnseite 22 des Statorblechpakets 20 ist ein weiteres Stirnbauteil 30`, insbesondere eine weitere Stirnscheibe, angebracht. Das Stirnbauteil 30 umfasst einen Grundkörper, der mit einer elektrischen Isolationsbeschichtung beschichtet ist. Durch das Aufbringen dieser Beschichtung auf das Stirnbauteil 30 wird die Isolationsfestigkeit des Stirnbauteils 30 gesteigert. Die Isolationsbeschichtung besteht hierfür aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffzusammensetzung mit einem CTI-Wert „Alpha“ für die Kriechstromfestigkeit von Alpha größer oder gleich 175, bevorzugt von 400 ≤ Alpha < 600, besonders bevorzugt von 600 ≤ Alpha. Hierdurch kann das Stirnbauteil 30 den Stator und die elektrische Maschine in einem Fehlerfall besonders effizient schützen und das Auftreten von hohen Kriechströmen verhindern. Ferner kann das Stirnbauteil 30 durch die elektrische Isolationsbeschichtung Isolationsfunktionen übernehmen, wodurch es in vorteilhafter Weise möglich wird, bei den Statorwicklungen auf eine Nutgrundisolation zu verzichten oder eine alternative Nutgrundisolation, wie beispielsweise Kunststoffhülsen anstelle klassisch eingesetztem Nutisolationspapier, zu verwenden. Das weitere Stirnbauteil 30' ist vorzugsweise baugleich wie das Stirnbauteil 30 ausgeführt. Das Stirnbauteil 30 und das weitere Stirnbauteil 30' können zur Verformung der Hairpins bei der Herstellung des Stators 1 verwendet werden. Die Stirnbauteile 30, 30' stellen hierfür eine Führungsgeometrie auf der Stirnseite des Statorblechpakets während des Herstellungsprozesses der Statorwicklung zur Verfügung. Die Stirnbauteile 30, 30' können ebenfalls dafür eingesetzt werden, die Komponenten der Wicklung zu stützen, um Beschädigungen der Wicklungskomponenten 40, 40' an den stirnseitigen Kanten der Nutöffnungen zu verhindern.In 4 1 shows a schematic illustration of a stator 1 for an electrical machine according to an embodiment of the present invention. The stator 1 is a hairpin stator. On its axial end face 21, the laminated core 20 of the stator has an end component 30, in particular an end disk. A further end component 30 ′, in particular a further end disk, is attached to the opposite, further end face 22 of the laminated stator core 20 . The forehead component 30 comprises a base body which is coated with an electrically insulating coating. The application of this coating to the end component 30 increases the insulating strength of the end component 30 . For this purpose, the insulating coating consists of a material or a material composition with a CTI value “alpha” for the tracking resistance of alpha greater than or equal to 175, preferably 400≦alpha<600, particularly preferably 600≦alpha. In this way, the end component 30 can protect the stator and the electric machine particularly efficiently in the event of a fault and prevent the occurrence of prevent high leakage currents. Furthermore, the end component 30 can assume insulating functions due to the electrical insulating coating, which advantageously makes it possible to dispense with slot base insulation in the stator windings or to use an alternative slot base insulation, such as plastic sleeves instead of the conventionally used slot insulation paper. The further end component 30 ′ is preferably constructed in the same way as the end component 30 . The end component 30 and the further end component 30 ′ can be used to deform the hairpins when the stator 1 is manufactured. For this purpose, the end components 30, 30′ provide a guiding geometry on the end face of the laminated core of the stator during the manufacturing process of the stator winding. The end members 30, 30' can also be used to support the components of the winding to prevent damage to the winding components 40, 40' at the end edges of the slot openings.

BezugszeichenlisteReference List

11
Statorstator
22
Schenkelleg
2'2'
Schenkelleg
33
Endbereichend area
3`3`
Endbereichend area
1010
Hairpinhairpin
2020
Statorblechpaketstator core
2121
Stirnseiteface
2222
weitere Stirnseitefurther front side
3030
Stirnbauteilforehead component
30`30`
weiteres Stirnbauteilanother forehead component
4040
Wicklungskomponentenwinding components
40'40'
Wicklungskomponentenwinding components

Claims (10)

Stator (1) für eine elektrische Maschine, wobei der Stator (1) ein Statorblechpaket (20) umfasst, wobei an einer Stirnseite (21) des Statorblechpakets (20) ein Stirnbauteil (30) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Stirnbauteil (30) eine elektrische Isolationsbeschichtung aufweist.Stator (1) for an electrical machine, the stator (1) comprising a stator lamination stack (20), an end component (30) being arranged on an end face (21) of the stator lamination stack (20), characterized in that the end component (30 ) has an electrical insulation coating. Stator (1) nach Anspruch 1, wobei das Stirnbauteil (30) einen Grundkörper umfasst, wobei die elektrische Isolationsbeschichtung des Stirnbauteils (30) eine höhere Isolationsfestigkeit und/oder Kriechstromfestigkeit aufweist als der Grundkörper des Stirnbauteils (30).Stator (1) after claim 1 , wherein the forehead component (30) comprises a base body, wherein the electrical insulating coating of the forehead component (30) has a higher insulation resistance and/or tracking resistance than the base body of the forehead component (30). Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsbeschichtung aus einem Werkstoff oder einer Werkstoffzusammensetzung gefertigt ist, wobei der Werkstoff oder die Werkstoffzusammensetzung der Isolationsbeschichtung einen CTI-Wert für die Kriechstromfestigkeit von größer oder gleich 175 aufweist.Stator (1) according to one of the preceding claims, wherein the insulating coating is made of a material or a material composition, wherein the material or the material composition of the insulating coating has a CTI value for the tracking resistance of greater than or equal to 175. Stator (1) nach Anspruch 3, wobei der Werkstoff oder die Werkstoffzusammensetzung der Isolationsbeschichtung einen CTI-Wert „Alpha“ für die Kriechstromfestigkeit von 400 ≤ Alpha ≤ 600 oder von 600 ≤ Alpha aufweist.Stator (1) after claim 3 , where the material or material composition of the insulating coating has a CTI “Alpha” value for tracking resistance of 400 ≤ Alpha ≤ 600 or of 600 ≤ Alpha. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stirnbauteil (30) als Stirnscheibe ausgebildet ist.Stator (1) according to one of the preceding claims, wherein the end component (30) is designed as an end plate. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Grundkörper des Stirnbauteils (30) teilweise oder vollständig aus einem oder mehreren Hochleistungsthermoplasten, insbesondere aus einem oder mehreren glasfaserverstärkten Hochleistungsthermoplasten, gefertigt ist.Stator (1) according to one of the preceding claims, wherein the base body of the end component (30) is made partially or completely from one or more high-performance thermoplastics, in particular from one or more glass-fibre reinforced high-performance thermoplastics. Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mithilfe des Stirnbauteils (30) eine Führungsgeometrie und/oder Führungsvorrichtung für eine Wicklungsverschaltung für Hairpins des Stators (1) ausgebildet ist.Stator (1) according to one of the preceding claims, wherein a guide geometry and/or guide device for a winding interconnection for hairpins of the stator (1) is formed with the aid of the end component (30). Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf einer der Stirnseite (21) gegenüberliegenden weiteren Stirnseite (22) des Statorblechpakets (20) ein weiteres Stirnbauteil (30`) angeordnet ist, wobei das weitere Stirnbauteil (30`) eine weitere elektrische Isolationsbeschichtung aufweist.Stator (1) according to one of the preceding claims, wherein a further end component (30`) is arranged on a further end face (22) of the stator lamination stack (20) opposite the end side (21), the further end component (30`) having a further electrical Has insulation coating. Elektrische Maschine, umfassend einen Stator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Electrical machine, comprising a stator (1) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Herstellung eines Stators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei bei der Herstellung des Stators (1) das Stirnbauteil (30) an einer Stirnseite (21) des Statorblechpakets (20) angeordnet wird, wobei das Stirnbauteil (30) eine elektrische Isolationsbeschichtung aufweist.Method for producing a stator (1) according to one of Claims 1 until 8th , wherein during the manufacture of the stator (1), the end component (30) is arranged on an end face (21) of the laminated stator core (20), the end component (30) having an electrical insulating coating.
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